Đồ án Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấnnăm.

Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

MỤC LỤC.
Trang
LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….........3

Lựa chọn phương pháp sản xuất……………………………………………………..33
5.2 Cân bằng vật chất…………………………………………………………………….33
5.2.1 Tính cân bằng vật chất cho 1 tấn polystyren sản phẩm…………………………….33
5.2.2 Cân bằng vật chất cho đoạn sấy…………………………………………………….38
5.2.3 Cân bằng vật chất cho một mẻ sản xuất…………………………………………….40
5.2.4 Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất…………………………………………..41
5.2.5 Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất……………………………………………41

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 1


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

LỜI MỞ ĐẦU.
Từ xưa đến nay, con người đã biết dùng các vật liệu thiên nhiên để phục vụ cho các
nhu cầu của đời sống. Xã hội ngày càng tiến bộ thì con người càng tìm ra nhiều loại vật liệu
hữu hiệu hơn để thay thế cho các vật liệu truyền thống. Từ nửa sau thế kỉ XX, ngành công
nghiệp hóa học có một vị trí quan trọng trong cuộc sống của con người, sản phẩm của nó xâm
nhập hầu hết vào các lĩnh vực của cuộc sống cũng như khoa học- kỹ thuật khác nhờ các tính

năng ưu việt mà các loại vật liệu khác không thể so sánh được như: độ bền cơ học, độ đàn
hồi, khả năng cách âm, cách nhiệt độ, cách điện, giá thành rẻ, nhẹ và dễ gia công.
Polystyren lần đầu tiên được tìm thấy qua các dấu vết trong nhựa hổ phách, khi chưng
cất với nước thì tạo thành vật liệu dạng lỏng có mùi khó chịu, tỷ lệ thành phần nguyên tử C và
H giống như trong benzen.
Polystyen thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo. Do có những tính năng đặc biệt của nó
polystyren ngày càng được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật.
Polystyren được sản xuất bằng cách trùng hợp styren. Việc sản xuất có tiến hành bằng nhiều
SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 2


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

phương pháp khác nhau như: trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch, trùng hợp huyền phù,
trùng hợp nhũ tương.
Hiện nay, polystyren được sản xuất chủ yếu bằng hai phương pháp là: trùng hợp nhũ
tương và trùng hợp huyền phù. Hai phương pháp này có tính dẫn nhiệt tốt, tính cách điện cao,
độ đa phân tán nhỏ, khối lượng phân tử cao.
Để hiểu rõ hơn về công nghệ và dây chuyền sản xuất nhựa polystyren. Sau đây, em xin
trình bày chi tiết hơn về thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa polystyren nhũ tương với năng
suất 12.000 tấn/năm.

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ NHỰA.

1 Khái niệm.
Polystyren (viết tắt là PS) là một loại nhựa nhiệt dẻo, được tạo thành từ phản ứng trùng

hợp styren.
CH=CH 2

CH

CH

2

CH

n
n

2 Phân loại.
Theo cấu trúc thông thường PS được chia làm 3 loại sau:

• PS tinh thể (GPPS).
• PS chịu va đập (HIPS).
SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 3


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

1

GVHD: Mai Thị Phương Chi

• PS xốp (EPS).
PS tinh thể (GPPS).
PS tinh thể thường được sử dụng cho các mục đích thông dụng (GPPS) có khối lượng

phân tử lớn, mang tính nhiệt dẻo rõ ràng đó là: cứng, bền, không mùi, không vị. Là chất dễ
tác động bởi nhiệt, ổn định nhiệt, trọng lượng riêng thấp và có giá thành thấp là do chi phí rất
thấp của phân xưởng có sử dụng khuôn đúc, ép, màng mỏng. Ngoài ra vật liệu PS có tính chất
chất nhiệt và tính điện tốt, đây là lý do mà chúng được sử dụng như vật liệu cách điện rẻ tiền.
Về phương diện thương mại thì PS tinh thể được gia công và chế biến bằng một loạt
công nghệ, ứng dụng của PS tinh thể được trình bày dưới đây:
PS TINH THỂ (MỤC ĐÍCH THÔNG DỤNG).

Đúc khuôn kiểu phụt

• Làm vỏ bao bì
• Hộp lọ đựng mỹ
•
•
•
•
•

2

phẩm
Cánh quạt/tán đèn
Đồ nhựa rắn
Các mặt hàng văn
phòng phẩm
Dây quay đĩa máy

tính
Vật dụng y tế

Ép khuôn

• Làm vỏ bao bì
• Thùng catton
• Khay đựng thịt gia

cầm
• Hộp đựng thực phẩm
ăn nhanh
• Hộp xốp
• Bao bì thực phẩm

Ứng dụng mới

• Lắp kính
• Chiếu sáng
• Vật trang trí
nhà

PS chịu va đập (HIPS).
Chất đàn hồi được trộn vào polystyren, chủ yếu để làm tăng tính bền cơ học. Kết quả

là tạo ra vật liệu thường được gọi là PS chịu va đập (HIPS) và có giá trị cho nhiều thứ khác
SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 4

Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

nhau. Chất đàn hồi Polybutadiene có cấu trúc lập thể điều hòa được sử dụng để điều chỉnh
tính chịu va đập. Độ bền, tính chịu va đập, độ trong, và các công nghệ chế biến khác nhau có
ảnh hưởng tới hình dáng sợi và sự phân tán trong pha nền polymer.
Polystyren chịu va đập có thể được xử lý một cách dễ dàng bởi các công nghệ chế biến
nhiệt dẻo thông thường gồm công nghệ màng, công nghệ tấm và các công nghệ: ép nóng, ép
biên, đúc phun, đúc phun áp lực và đúc thổi cấu trúc.
Một số ứng dụng của HIPS:

3

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Bao bì dập nóng.
Đựng thức ăn nhanh.
Cốc và nắp đậy.

Hộp đựng nước ép trái cây và các sản phẩm sữa.
Đường ống cho tủ lạnh.
Các bộ phận của máy điều hòa không khí.
Cáp nối TV/băng ghi âm.
Đồng hồ treo tường.
Phụ kiện đồ điện.
Đĩa video và băng catset.
Đồ chơi, gót giày...
PS xốp (EPS).
PS xốp là thuật ngữ chung để chỉ PS và copolymer styren được tạo ra như một hợp

chất với các chất tạo khí và các phụ gia khác, nó có thể được chế biến thành các sản phẩm
xốp có tỷ trọng thấp. Các loại vật liệu EPS có thể chế tạo các sản phẩm như cốc cà phê, giảm
sóc cho ô tô. Mục đích chính của EPS là chế tạo ly dùng 1 lần, vỏ chống rung và vật liệu cách
nhiệt.
Do có ứng dụng rộng rãi trong sinh hoạt cũng như trong công nghiệp, polystyren đã trở
thành vật liệu quan trọng và thiết yếu đối với cuộc sống con người. Việc nghiên cứu các công
nghệ mới nhằm đẩy mạnh sản xuất polystyren để chế tạo ra các vật phẩm ngày càng được
quan tâm và phát triển.
1.3 Nguyên liệu tổng hợp.
1.3.1 Styren.
SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 5


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.
Có công thức phân tử:

GVHD: Mai Thị Phương Chi

C8H8

Công thức cấu tạo:
CH=CH2

vinyl benzen
1.3.1.1 Tính chất vật lý.
Styren là một chất lỏng trong suốt, không màu đến hơi vàng có mùi hắc, khúc xạ ánh
sáng mạnh. Khi styren tiếp xúc với người gây ra kích ứng về đường hô hấp như co thắt cổ
họng và phổi, gây kích ứng mắt và da, gây các biểu hiện chống mặt. Styren có thể trộn lẫn với
các dung môi hữu cơ nhất định với tỷ lệ bất kỳ. Nó là dung môi tốt cho cao su tổng hợp,
polystyren và các polymer có liên kết ngang không lớn khác. Styren ít hòa tan trong các hợp
chất hydroxyl và nước.
Khối lượng riêng ở 25°C: d = 0,9045 g/cm^
Độ nhớt (25°C): PS rất dễ trùng hợp vì có nối đôi và vòng thơm, trong quá trình bảo
quản nên hạn chế tiếp xúc với ánh sáng, oxy, nhiệt độ. Thông thường khi bảo quản ta cho 0,5
- 1,5% khối lượng hydroquinon vào làm chất ức chế trùng hợp.
Nhiệt độ sôi: ts = 145,2 °C
Nhiệt độ nóng chảy: tnc = -30,63 °C
Nhiệt độ bùng cháy: tbc = 34 °C
Nhiệt hóa hơi: 86,9 kcal/mol
Nhiệt trùng hợp: 16,5 kcal/mol
Giới hạn cháy nổ trong không khí (%V): 1,1 - 6,1

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 6

Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Độ co thể tích khi trùng hợp: 17%
1.3.1.2 Tính chất hóa học.

a Phản ứng cộng.
Halogen (Cl2, Br2) và hydro Halogen (HCl, HBr) cộng vào nhóm vinyl ở styren tương
tự như cộng vào ankan:
C 6H 5- C H = C H

+ B r2

2

C 6H

5

- C H - CH
Br

C 6H 5 - C H = C H

+ H Cl

2

C 6H

5

2

Br

- C H - C H

2

H

C l

b Phản ứng oxy hóa.
Giống như etylen, styren làm mất màu KMnO 4 và bị oxy hóa nhóm vinyl có vòng
benzen giữ nguyên.
C 6H 5 - C H = C H

2

+ 2 K M n O 4 + 4 H 2O

C H =C H
C 6H

2

+ O

3 C 6H

5

- C H O H - C H 2O H + 2 M n 2O + 2 K O H

C 6H 5-C O O H +

2

CO

+ H 2O

2

5

c Phản ứng cộng H2.
C 6H 5 - C H = C H

+ H

2

Ni

2 to ,3 a tm

C 6H 5 - C H

2

- CH

3

d Phản ứng trùng hợp và đồng trùng hợp.
C H=C H
C 6H

5

SVTH: Mang Ngọc Máy

x t,to
2

... -C H -C H 2-C H -C H 2 -C H -C H 2- ...
C 6H

5

C 6H

Trang 7

5

C 6H

5

C H -C H
C 6H

5

2

n


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Và phản ứng đồng 2 hay nhiều loại monomer gọi là phản ứng đồng trùng hợp styren.
n C H 2= C H -C H = C H

2

+ nC H =C H

x t,to
2

- C H 2 - C H = C H - C H 2 - C H - C H 2 -...

C H 2-C H = C H -C H 2-C H -C H
C 6H 5

Styren rất dễ trùng hợp vì có nối đôi và vòng thơm. Trong quá trình bảo quản nên hạn
chế tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nhiệt độ, oxy. Thông thường, người ta bảo quản bằng cho
0.5-1.5 % khối lượng hydroquinon làm chất ức chế.
1.3.1.3 Ứng dụng.
Sản xuất polymer, polystyren là một chất dẻo trong suốt, dùng chế tạo dụng cụ gia
đình , văn phòng.
Poly (Butadien-Styren) sản phẩm đồng trùng hợp của styren và butadien, chúng dùng
để sản xuất Buna-S có độ bền cơ học cao hơn cao su Buna.
1.3.2 Điều chế.
Từ sản phẩm cracking và chưng cất dầu mỏ, khí hóa than cốc.
Bã nhựa nhận được sau khi chưng khô than ta thu được một lượng styren trong đó. Sau
đó tiếp tục chưng cất bã nhựa ta sẽ thu được luôn styren nguyên chất, nhưng ít có giá trị về
kinh tế nên ít được sử dụng.
Tổng hợp:

• Điều chế styren từ cloete và benzen.
• Điều chế styren từ benzen và etylen.
• Đề hydro hóa trực tiếp từ etylbenzen.
1.3.2.1 Điều chế styren từ cloete và benzen.
Trước tiên là phản ứng tạo thành clorua.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 8

2

Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi
CH2 CH3

+

CH3

AlCl3

CH2Cl

+

HCl

Xúc tác sử dụng AlCl3 dưới dạng bột hay loại phôi vụn.
Phản ứng tiến hành trong 3h về cuối nâng nhiệt độ lên 90 oC và ngừng phản ứng khi
không có HCl thoát ra nữa.
Chuyển etyl benzen thành styren.
+ Xà phòng hóa clo etylbenzen tạo thành fenyletylcacbinol rồi khử nước để chuyển
thành styren.
CH2 CH3

CH3

CHCl
Cl2

PCl5

Dưới tác dụng của xúc tác PCl5, clo đính vào đúng vị trí.
+ Xử lí Clo etyl benzen bằng dung dịch NaCO2 Ở 70oC-100oC, 4÷6h có chất nhũ hóa.
Cl
CH

OH

CH3
HOH

CH

CH3

Na2CO3

+ Khử nước của fenylmetylcacbinol thêm chất tách nước mang tính axit.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 9


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

OH

CH

CH3

CH

CH2

H2 O

Phản ứng ở 150oC-200oC.
Dùng hơi nước trực tiếp chưng cất styren ra khỏi nồi phản ứng. Sấy khô styren thô rồi
lại chưng cất.
Để quá trình khử nước tiến hành dễ hơn người ta thêm 1% axit tereclophalic.
1.3.2.2 Điều chế styren từ benzen với etylen.
CH

CH2
+ CH2

CH2 CH3
CH2

Nhiệt độ phản ứng toC: 85oC.
Áp suất P: 1atm .
AlCl3 làm xúc tác.
Sau khi tách hết xúc tác, tiến hành chưng tách thì thu được etyl benzen khá tinh khiết.
Khử hydro của etyl benzen.
Phương pháp này sử dụng chủ yếu trong sản xuất styren vì nó mang lại hiệu quả.
CH2 CH3

CH
H2

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 10

CH2


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Phương pháp này tỏa nhiệt nên thường tiến hành ở nhiệt độ cao (t oC: 500-650) và áp
suất riêng phần của etyl benzen thấp. Do vậy để giảm áp suất riêng phần trong quá trình trùng
hợp có thể dùng chân không (P: 0.1-0.3 atm), hoặc pha loãng etyl benzen bằng khí khô, hoặc
bằng nước.
1.4 Các nguyên liệu khác.
Nước: là môi trường phân tán cũng là chất tải nhiệt để điều chỉnh nhiệt phản ứng tỏa
ra.
Chất nhũ hóa: để giữ polymer và monomer mãi ở trạng thái phân tán trong pha nước,
chất nhũ hóa thường dùng là các loại xà phòng như: oleat kali, natri, stearat hay các sunfoaxit
của rượu cao béo, xà phòng nhựa thông, nikan…..
Chất kích động: là các peroxit và hydroperoxit tan trong nước (H 2O2, pesulfat amon và
kali…) với hàm lượng 0,1-1% trọng lượng monomer.
Chất điều chỉnh: thường dùng rượu hay các chất làm giảm sức căng bề mặt của hệ
thống tức có khả năng làm tăng độ khuếch tán của nhũ tương.
Chất ổn định: là các polymer hữu cơ tan trong nước như rượu polyvinilic,

metylxenluylo,…..Chúng phải hoàn toàn không tan trong monomer. Vai trò của nó là làm
tăng độ nhớt của nước và do đó ngăn cản các hạt polymer dính vào nhau.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 11


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP NHỰA.
2.1 Các phản ứng xảy ra khi tổng hợp nhựa.
2.1.1 Giai đoạn khơi mào.
Các chất khơi mào phân huỷ thành các gốc tự do.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 12


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Gọi R. là gốc tự do nói chung, gốc này sẽ tấn công vào phân tử vinyl nói chung bắt đầu
quá trình tạo gốc tự do mới giữa gốc khởi đầu và monomer.

Electron chưa ghép đôi có xu hướng ghép đôi. Nếu nó có thể tìm thấy electron để ghép

đôi nó sẽ tấn công ngay, vì vậy liên kết đôi của nhóm vinyl nó dễ dàng tấn công để tạo thành
trùng hợp gốc tự do. Electron chưa ghép đôi khi đến gần cặp electron π của nhóm vinyl sẽ tạo
thành liên kết hoá học mới giữa chất khởi đầu và monomer. Toàn bộ quá trình phát triển
mạch là sự phân huỷ chất khơi mào tạo thành gốc tự do, theo sau là phản ứng giữa gốc và
phân tử monomer, quá trình này gọi là sự khơi mào từng bậc.
2.1.2 Giai đoạn phát triển mạch.
Các gốc tự do lần lượt đính liên tiếp các phân tử monomer vào tiếp tục quá trình phát
triển mạch.

2.1.3 Giai đoạn đứt mạch.
Đứt mạch theo cơ chế kết hợp.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 13


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

2.1.4 Giai đoạn chuyển mạch.
Xảy ra do gốc đang phát triển tác dụng với các chất chứa các liên kết có khả năng bị
phá vỡ và tạo gốc tự do mới.
Có 3 loại phản ứng chuyển mạch:
2.1.4.1 Chuyển mạch lên monomer.

2.1.4.2 Chuyển mạch lên dung môi.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 14


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Nếu các loại peroxyt, hydroperoxyt tạo thành ổn định trong điều kiện phản ứng thì sẽ
làm chậm quá trình trùng hợp, ngược lại nếu chúng đã bị phân huỷ thành gốc tự do thì sẽ tăng
nhanh quá trình trùng hợp.
Trong nhiều trường hợp oxy kéo dài thời gian phản ứng (ví dụ: clorua vinyl,
metylmetacrylat, styren...) nhưng sau đó lại xúc tiến quá trình trùng hợp do sự phân huỷ các
peroxyt tạo thành trong giai đoạn hãm.

Các tạp chất trong monomer có tác dụng tương tự của oxy. Tác dụng của chúng được
xác định bởi bản chất hoá học, khả năng phản ứng với nhân hoạt tính trùng hợp. Tuy nhiên dù
hàm lượng chỉ có rất ít nhưng đóng vai trò quyết định trong quá trình trùng hợp.
Do những ảnh hưởng phức tạp của oxy và tạp chất như đã nói ở trên nên trong quá
trình trùng hợp bắt buộc phải điều chế monomer thật tinh khiết và phản ứng cần tiến hành
trong môi trường khí trơ.
2.2 Các phương pháp tổng hợp nhựa.
2.2.1 Lý thuyết về trùng hợp styren.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 15


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Trong sản xuất, styren chỉ trùng hợp theo cơ chế trùng hợp gốc và thu được polymer
có cấu tạo chủ yếu là liên kết đầu - đuôi và ở dạng vô định hình. Trong nghiên cứu, người ta
có sử dụng trùng hợp ion tạo PS tinh thể hầu hết ở dạng Izotactic, một phần ở dạng
syndiotactic, rất ít ở dạng atactic.
Styren dễ trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch, trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền
phù. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm của nó.
2.2.1.1 Trùng hợp khối.
Thành phần trùng hợp khối gồm có: monomer, chất khởi đầu.

 Đặc điểm:
Trùng hợp Styren thành khối có thể tiến hành khi đun nóng có chất khởi đầu hoặc
không có chất khởi đầu.
Chất khởi đầu thường là các peroxit hữu cơ. Benzoyl peroxit là chất khởi đầu rất phổ
biến nhưng không thích hợp khi trùng hợp styren vì nó làm vàng sản phẩm. Hiện tượng này
cũng xuất hiện khi có peroxit tạo thành do styren bị oxy hóa.
Khi không có chất khởi đầu thì sau một thời gian cảm ứng thì styren bắt đầu trùng hợp.
Tốc độ trùng hợp tăng theo nhiệt độ ở nhiệt độ dưới 50 oC vận tốc trùng hợp rất chậm
(có khi đến hàng năm), ở 150oC phản ứng kết thúc trong vài giờ. Nhưng khi chuyển hóa được
khoảng 90% thì phản ứng hầu như không xảy ra nữa. Điều đó có nghĩa là polymer có trọng
lượng phân tử cao không thu được với hiệu suất cao. Nếu còn lại nhiều monomer thì nhiệt độ
chảy mềm của PS sẽ giảm xuống, vật phẩm trở nên đục do monomer chuyển lên bề mặt và
bốc hơi từ từ đôi khi làm vàng sản phẩm.
Để thu được polymer có trọng lượng phân tử trung bình cao tương đối và chứa
monomer còn lại ít nhất ta dùng chế độ trùng hợp hai giai đoạn:

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 16


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

+ Giai đoạn đầu: tạo ra xirop (PS có trọng lượng phân tử thấp tan trong monomer)
với hiệu suất 30 - 40%.
+ Giai đoạn hai: đổ vào khuôn (có thể tích nhỏ 5-10 lít) sau đó trùng hợp tiếp tục cho
đến khi kết thúc. Tháo sản phẩm ra khỏi khuôn đem đập, nghiền, sàng hay tạo hạt.
2.2.1.2 Trùng hợp dung dịch.
Thành phần dung dịch gồm có: monomer, dung môi, chất khởi đầu.

 Đặc điểm:
Dung môi có vai trò giải tỏa năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng trùng
hợp làm giảm hiện tượng quá nhiệt gây đứt mạch, chuyển mạch.
So với trùng hợp khối thì phản ứng trùng hợp trong dung dịch xảy ra với vận tốc bé (ở
điều kiện không có chất khởi đầu) và polymer tạo ra có trọng luợng phân tử thấp hơn. Giá trị
trọng luợng phân tử trung bình của PS phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp và loại dung môi.
Qua thí nghiệm thấy benzen, xiclohexan, toluen trùng hợp tốt hơn các dung môi khác.
Điều chế polymer trong dung dịch thuận lợi để làm sơn, còn với mục đích khác thì
thêm chất lắng để kết tủa polymer.
2.2.1.3 Trùng hợp huyền phù.
Thành phần huyền phù gồm có: monomer , nước, chất kích động, chất ổn định và chất
hoạt động bề mặt. Ở đây chất kích động peroxit hữu cơ không tan trong nước mà tan trong
monomer.
+ Nước: dùng để tách monomer ra thành từng hạt riêng đồng thời cũng là môi trường
trao đổi nhiệt.
+ Chất ổn định: là các polymer hữu cơ tan trong nước như rượu polyvinilic,

metylxenluylo... chúng phải hoàn toàn không tan trong monomer. Vai trò của nó là làm tăng
độ nhớt của nước và do đó ngăn cản các hạt polymer dính vào nhau.
SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 17


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

 Đặc điểm:
Dễ điều chỉnh nhiệt độ.
Khoảng nhiệt độ trùng hợp, cho polymer có khối lượng phân tử phân bố đồng đều.
Dễ điều khiển hàm lượng monomer dư bằng hệ xúc tác và nhiệt độ thấp.
Cho sản phẩm chịu được nhiệt độ cao.
2.2.1.4 Trùng hợp nhũ tương.
Thành phần nhũ tương gồm có: monomer, nước, chất nhũ hóa, chất khởi đầu và chất
điều chỉnh sức căng bề mặt.
Cơ chế trùng hợp nhũ tương: chất nhũ hóa khi tan trong nước tạo thành các Mixen
hình cầu mà ở đó các đầu không ưa nước của phân tử nhũ hóa sẽ hướng vào trong và các đầu
ưu nước hướng ra ngoài. Các phân tử chất khởi đầu tan trong nước tạo thành các gốc tự do
nhờ phần ưa nước của chất nhũ hóa đi vào Mixen và tiếp tục với các phân tử monome để xảy
ra các phản ứng trùng hợp.
+ Nước: là môi trường phân tán cũng là chất tải nhiệt để điều chỉnh nhiệt phản ứng
tỏa.
+ Chất nhũ hóa: để giữ monomer và polymer mãi ở trạng thái phân tán trong pha
nước. Chất nhũ hóa thường dùng là các loại xà phòng như: oleat kali, natri, stearat, xà phòng
nhựa thông…
Nếu giảm nồng độ chất nhũ hóa thì vận tốc phản ứng giảm, nhưng thời gian trùng hợp

và trọng lượng phân tử trung bình polymer tăng. Vì vậy muốn điều chỉnh trọng lượng phân tử
trung bình polymer trước hết nên thay đổi nồng độ chất khởi đầu chứ không nên thay đổi
lượng chất nhũ hóa. Vì chất nhũ hóa chỉ thay đổi trọng lượng phân tử trung bình của PS một
ít nhưng lại tăng thời gian trùng hợp lên rất nhiều.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 18


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

+ Chất kích động: là các peroxit và hydroperoxit tan trong nước (H 2O2, kali...) với
hàm lượng 0,1 - 1% trọng lượng monomer.
Khi thêm chất xúc tiến (các muối kim loại có tính axit: Ag +) làm phân hủy chất kích
động vào hỗn hợp phản ứng thì thời gian trùng hợp giảm.
Nếu dùng hệ thống oxy hóa - khử: chất oxy hóa (Chất kích động) và chất khử (muối
kim loại) có hóa trị thay đổi thì vận tốc của quá trình trùng hợp có thể tăng và giảm nhiệt độ
phản ứng xuống.
+ Chất điều chỉnh: thường dùng rượu hay các chất làm giảm sức căng bề mặt của hệ
thống tức là có khả năng làm tăng độ khuếch tán của nhũ tương.

 Phương pháp tổng hợp.
Liên tục hay gián đoạn nhưng hiện nay, phương pháp gián đoạn phổ biến rộng rãi ở
nhiều nước trên thế giới.
Quá trình trùng hợp xảy ra qua các giai đoạn sau:
+ Khử chất hãm khỏi styren.
+ Trùng hợp styren.

+ Kết tụ polymer.
+ Tách nước bẩn và rửa polymer.
+ Chưng ly tâm.
+ Sấy.
+ Nghiền nhỏ, sấy khô và đóng bao.

 Đặc điểm:

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 19


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Thông thường latex thương mại có từ 30-150% thể tích rắn, thể tích rắn này hiếm khi
thấp hơn và có kinh tế cao.
Khối lượng phân tử phân bố không đồng đều.
Tốc độ phản ứng nhanh hơn trong môi trường đồng thể và dung môi, dễ dàng kiểm tra
và điều chỉnh.
Sản phẩm chứa hàm lượng monomer nhỏ và sản phẩm ở dạng bột thuận lợi cán hay
đóng bánh.
Trong bài, phương pháp này được áp dụng rộng rãi vì phương pháp này cho phép tiến
hành quá trình ở nhiệt độ vừa phải với tốc độ phản ứng lớn và polymer nhận được có trọng
lượng phân tử cao.

 So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp
Phương pháp trùng hợp

Ưu điểm

Nhược điểm

Trùng hợp khối

-Phương pháp đơn giản.
-Tạo sản phẩm tinh khiết.
-Vận tốc phản ứng cao, năng
suất lớn.
-có thể trùng hợp ngay trong
khuôn mẫu tạo sản phẩm có hình
thù phức tạp.

-Dễ bị nhiệt cục bộ do độ nhớt
cao.
-Tính dẫn nhiệt kém.
-Sản phẩm dạng khối nên lấy
sản phẩm và gia công khó.
-Tăng độ đa phân bố về khối
lượng phân tử.

Trùng hợp dung dịch

-Không có hiện tượng nhiệt cục
bộ.
-Dễ khống chế nhiệt độ phản
ứng.
-Dung môi làm giảm độ nhớt

giúp phản ứng xảy ra êm dịu
hơn.

Trùng hợp nhũ tương
SVTH: Mang Ngọc Máy

-Dung môi hữu cơ độc, đắt
tiền, dễ cháy.
-Khối lượng phân tử thấp do
lẫn dung môi hòa tan.

-Sản phẩm cuối cùng là latex có -Polymer bị nhiễm bẩn bởi
nồng độ cao (70-80%).
chất nhũ tương hóa (là chất
Trang 20


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

-Thoát nhiệt phản ứng dễ dàng
hơn.
-Phản ứng xảy ra ở độ nhớt thấp: điện ly ) nên làm giảm tính
+ Tạo polymer có khối lượng điện của polymer.
phân tử cao.
+ Độ chuyển hóa cao.
-Tính dẫn nhiệt tốt.
-Độ đa phân tán nhỏ.
Trùng hợp huyền phù -Khối lượng phân tử cao.

-Có thể căn màu luôn trong quá
trình trùng hợp.
2.3 Quá trình đóng rắn nhựa.
Vì polystyren là nhựa nhiệt dẻo nên chỉ cần hạ nhiệt độ xuống là nhựa tự đóng rắn,
không cần sử dụng chất đóng rắn.
Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm T m thì nó chảy
mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp.
Các công đoạn gia công nhựa nhiệt dẻo: gia nhiệt, tạo hình, làm nguội, không có phản
ứng đóng rắn xảy ra.
Nhựa nhiệt dẻo là nhóm vật liệu polymer có khả năng lặp lại nhiều lần quá trình chảy
mềm dưới tác dụng nhiệt và trở nên đóng rắn (định hình) khi được làm nguội. Trong quá trình
tác động nhiệt của nó chỉ thay đổi tính chất vật lý không có phản ứng hóa học xảy ra.
Do đặc tính như vậy mà nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh nhiều lần, chính vì vậy mà
những phế phẩm phát sinh trong quá trình sản xuất đều có khả năng tái chế được.
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nhựa.
Khi trùng hợp styren trong nhũ tương ổn định nhờ các xà phòng quá trình tiến hành
với tốc độ không đổi cho đến khi trong hệ thống không còn chứa các hạt nhũ tương. Do
monomer chuyển vào các phân tử polymer nồng độ monomer giảm nên tốc độ trùng hợp
giảm.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 21


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Tốc độ phản ứng: tốc độ phản ứng trong các giọt nhũ tương cũng gần với tốc độ phản

ứng trong khối monomer nhưng bé hơn 2-3 lần bé hơn tốc độ phản ứng trong các phân tử
mixel và polymer.
Bản chất và lượng chất nhũ hoá: có ảnh hưởng quyết định đến trùng hợp và tính chất
polymer.
Nồng độ chất nhũ hóa: Khi nồng độ chất nhũ hoá giảm thì tốc độ phản ứng giảm
nhưng thời gian trùng hợp và trọng lượng phân tử polymer tăng. Các yếu tố ảnh hưởng đến
trùng hợp gốc.
2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ tăng thì vận tốc các phản ứng khơi mào, phát triển mạch, chuyển mạch, đứt
mạch đều tăng nhưng mức độ tăng khác nhau. Do đó quá trình trùng hợp sẽ kết thúc sớm khi
tăng nhiệt độ. Nhưng nhiệt độ cao làm độ trùng hợp giảm làm cho cấu trúc thiếu trật tự, sản
phẩm có trọng lượng tương đối thấp, có nhiều mạch nhánh.
2.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ monomer.
Khi tiếng hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trường pha loãng, tốc độ trùng
hợp và trọng lượng phân tử tăng theo nồng độ monomer. Nếu monomer bị pha loãng nhiều có
khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch, do đó cũng làm giảm trọng lượng phân tử.
Trong trường hợp dung môi hoạt tính sự phụ thuộc giữa vận tốc trùng hợp và nồng độ
monomer trở nên phức tạp hơn.
2.4.3 Ảnh hưởng của oxy và tạp chất.
Oxy không khí hấp thụ trong monomer chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng. Tùy thuộc
vào bản chất của monomer và điều kiện trùng hợp, oxy có thể làm dễ dàng hay khó khăn cho
quá trình trùng hợp.

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 22


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Các tạp chất trong monomer có tác dụng tương tự oxy. Tác dụng độc của chúng được
xác định bởi bản chất hóa học, khả năng phản ứng với nhân hoạt tính trùng hợp. Hàm lượng
các tạp chất này dù chỉ một lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình trùng hợp.
Do những ảnh hưởng phức tạp của oxy và tạp chất nên đòi hỏi monomer phải thật tinh
khiết và phản ứng cần tiến hành trong môi trường khí trơ N2.

CHƯƠNG 3: CÁC TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA NHỰA.
3.1 Tính chất.
3.1.1 Tính chất vật lý.
Polystyren là chất dẻo trong suốt, cứng chắc, không mùi, không vị, khi cháy cho ngọn
lửa không ổn định có nhiều khói, giá thành rẻ, dễ gia công bằng phương pháp ép và đúc dưới
áp suất, chịu hóa chất và nước cao (nhiệt độ gia công vào khoảng 180-200 0C)…
Tỷ trọng
Chiết suất
Độ nhớt
T0 sôi
0
T nóng chảy
T0 bùng cháy
T0 bắt lửa
T0 bay hơi
Nhiệt cháy
Nhiệt trùng hợp
Tỷ nhiệt ở 250C
Giới hạn nổ trong không khí
Độ co sau khi trùng hợp

g/cm3

^25
cP
0
C
0
C
0
C
0
C
0
C
Cal/g
Cal/g
Cal/g.độ
%V
%V

0.90458
1.54389
0.75
145.2
-30.6
31
34
86.9
10.04
168
0.407
1.1-6.1

17

Vì
có
nguyên tử
H ở C bậc
3

linh

động nên
H này dễ
tham gia

phản ứng oxy hóa, vì thế polystyren nhanh bị lão hóa trong không khí khi có ánh sáng trực
SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 23


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

tiếp.Vòng benzen có thể tham gia phản ứng sunfo hóa, nitro hóa... Dùng để sản xuất nhựa trao
đổi ion như cationit axit mạnh.
Polystyren không phân cực do đó bền với các hóa chất phân cực và phân cực mạnh.
Khối lượng riêng d= 1.05-1.1 g/cm3.
Chỉ số chảy MI: 1-8 g/10phút.
Độ bền kéo đứt: 400-450 kg/cm2.

Tính chất

Polystyren
huyền phù

Dung dịch

Khối

Nhũ tương

816

875

800

900

14.7

15

15

180

80

80

80

80

2.6

2.6

2.6

2.6

0.0004

0.0006

0.0004

0.0008

Giới hạn bền
uốn, (kg/cm2)
Độ bền va đập,
(kg/cm3)
Độ bền nhiệt,
(0C)
Độ thấm điện
môi, (106 hex)
Tg (106 hex)

3.1.2 Tính chất cơ học.
Tính chất cơ học của polystyren phụ thuộc vào mức độ trùng hợp, polystyren có trọng
lượng phân tử thấp rất giòn và có độ bền kéo thấp. Trọng lượng phân tử tăng lên thì độ bền cơ
và nhiệt tăng, độ giòn giảm đi. Nếu vượt quá mức độ trùng hợp nhất định thì tính chất cơ học
lại giảm, giới hạn bền kéo sẽ giảm nếu nhiệt độ tăng lên. Độ giãn dài tương đối sẽ bắt đầu
tăng khi đạt tới nhiệt độ 800C, vượt quá nhiệt độ đó polystyren sẽ trở nên mềm và dính như
cao su. Do đó polystyren chỉ được dùng ở nhiệt độ thấp hơn 800C.
Một số tính chất cơ học của polystyren:
Tỷ trọng: 1.05-1.06 (g/cm3).

SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 24


Đồ án: Sản xuất nhựa PS nhũ tương với năng suất 12.000 tấn/năm.

GVHD: Mai Thị Phương Chi

Độ bền:

•
•
•
•
•
•
•

Khi kéo: 35-59 (N/mm2).
Khi nén: 56-133 (N/mm2).
Khi uốn: 80-112 (N/mm2).
Modun đàn hồi kéo: (2,8-3,5).103 (N/mm2).
Độ dài va đập: 12-20 (KJ/m2).
Độ cứng Brinel : 140-160 (HB).
Nhiệt độ làm việc lâu dài 70-75 (0C).

3.1.3 Độ hòa tan.
Polystyren hòa tan trong cacbua hydro thơm, cacbua hydro clo hóa, este, xeton,
polystyren không hòa tan trong cacbua hydro mạch thẳng, rượu thấp (rượu có độ rượu thấp),
ete, phenol, axit axetic và nước…. Polystyren bền vững trong các dung dịch kiềm, axit
sunfuric, photphoric và boric với bất kỳ nồng độ nào. Bền với axit clohydric 10-36%, axit
axetic 1-29%, axit formic 1-90% và các axit hữu cơ khác. Ngoài ra polystyren còn bền với
xăng, dầu thảo mộc và các dung dịch muối. Axit nitric đậm đặc và các chất oxy hóa khác sẽ
phá hủy polystyren.
3.1.4 Độ bền hóa học.
Polystyren chịu hóa chất rất tốt : kiềm, axit, sulfuric, axit photphoric, với bất cứ nồng
độ nào.
Polystyren bền với nước, rượu, xăng, dầu thảo mộc và các dung dịch muối, axit nitric
đậm đặc, các chất oxy hóa.
Nhóm fenyl hoạt hóa nguyên tử c thứ ba không đối xứng ký hiệu (*).
Nguyên liệu H ở đó có thể tham gia một số phản ứng oxy hóa. Nhóm phenyl có thể
tham gia phản ứng clo hóa, nitro hóa, sunfua hóa, hydro hóa… Những điều kiện cho các phản
ứng cần thiết dó làm phân hủy một phần và tăng độ giòn của polystyren và làm cho
polystyren có màu.
SVTH: Mang Ngọc Máy

Trang 25